驻留式电解微气泡流动稳定性及减阻性能

摘要

针对航行体表面稳定高效水下减阻问题，提出自稳式电解微气泡阵列流动减阻性能试验研究。制备电极壁面微柱孔阵列表面试片经电解形成稳定微气泡阵列气膜，揭示电解电压、微柱孔尺寸、来流速度影响电解微气泡生长行为、驻留稳定性的作用机制，通过试验及数值方法研究微气泡阵列流动减阻性能，分析减阻机理。研究结果表明，电极壁面微柱孔可实现微气泡电解自适应启停控制；相同微柱孔直径时，电解电压增大则微气泡达到稳定直径用时越短，但微气泡阵列稳定时间及驻留率降低；相同电解电压下，250μm柱孔内微气泡达到稳定直径用时较少，且微气泡阵列稳定时间及驻留率更佳；气膜型驻留微气泡较突出型具备更强的驻留稳定性；电解电压为20 V时，250μm柱孔微气泡阵列气膜表面样片平均减阻率约为23%，微气泡阵列稳定时间及驻留率达到最大值为420 s、95.46%；驻留微气泡形变及气/水两相界面力共同作用使得微气泡上侧产生大量上抛高速流动，抑制了流向涡下扫流动猝发，显著减小近壁区雷诺切应力；微气泡阵列近壁数值平均湍动能约为0.010 m²/s²小于纯平板（约为0.021 m²/s²），微气泡阵列壁面数值平均剪切力约为30 Pa小于纯平板（约为55 Pa），故可达到高效湍流减阻。

关键词

电解 / 微气泡阵列 / 减阻 / 驻留率 / 猝发